Alcuni nuovi sviluppi nei trasformatori elettronici negli alimentatori

Introduzione Negli ultimi anni, i prezzi dei materiali di base e dei materiali conduttivi utilizzati nei trasformatori elettronici negli alimentatori hanno continuato a salire e le materie prime a monte hanno formato un mercato di vendita. In qualità di utenti esperti di trasformatori elettronici a valle, possono scegliere e acquistare su scala globale per formare un mercato di acquirenti. Nella posizione di mezzo dell'industria dei trasformatori elettronici, solo imboccando la strada dell'innovazione tecnologica, possiamo liberarci di questo dilemma della rabbia ad entrambe le estremità. Tuttavia, nell'industria matura dei trasformatori elettronici, l'innovazione tecnologica è più difficile. Ma ogni piccolo miglioramento del collegamento può portare nuove idee e nuovi prodotti. Pertanto, questo articolo introduce alcuni nuovi sviluppi nei trasformatori elettronici negli alimentatori negli ultimi anni da quattro aspetti: nuovi materiali, nuove strutture, nuovi principi e nuovi prodotti, per i lettori' riferimento. Per favore correggimi se c'è qualche scorrettezza. Percorrendo la strada dell'innovazione tecnologica, bisogna sempre ricordare lo scopo da raggiungere. Il trasformatore elettronico nell'alimentatore, come tutti i prodotti come merce, realizza qualsiasi innovazione tecnologica, e deve svolgere funzioni specifiche in specifiche condizioni di utilizzo, perseguendo il miglior rapporto prestazioni-prezzo. Gli attuali prodotti di potenza sono generalmente caratterizzati dall'essere"leggeri, sottili, corti e piccoli" verso la miniaturizzazione e la portabilità. I trasformatori elettronici devono adattarsi ai requisiti di volume e peso dei prodotti di potenza in quanto utenti. Allo stesso tempo, sono aumentati i prezzi delle materie prime (materiali d'anima e materiali conduttivi) per i trasformatori elettronici. Pertanto, come ridurre il volume e il peso e come ridurre i costi, è diventata la direzione principale dello sviluppo dei trasformatori elettronici negli ultimi anni. 1. Nuovi materiali 1.1 Acciaio al silicio L'acciaio al silicio è un materiale d'anima ampiamente utilizzato nei trasformatori elettronici negli alimentatori a frequenza industriale. Per ridurre la quantità di nucleo nei trasformatori elettronici, è necessario aumentare la densità del flusso magnetico di lavoro (densità magnetica di lavoro) dell'acciaio al silicio. La densità magnetica di lavoro dell'acciaio al silicio è determinata sia dalla densità del flusso magnetico di saturazione che dalla perdita. Poiché l'efficienza è un importante indice di prestazione dei trasformatori elettronici, molti prodotti di alimentazione ora richiedono una perdita in standby per risparmiare energia. La perdita del nucleo del trasformatore elettronico è il componente principale della perdita di standby, pertanto vengono proposti requisiti chiari e rigorosi sull'efficienza o sulla perdita del trasformatore elettronico. Negli ultimi anni, il prezzo dell'acciaio al silicio laminato a freddo orientato e non orientato è aumentato. Rispetto ai nuclei di tipo R, CD ed EI, i nuclei toroidali a spirale possono risparmiare più di 20% del costo del materiale di base a causa del minor consumo di materiali. L'ambito di utilizzo nel trasformatore. Il nucleo toroidale avvolto può dare pieno gioco alle prestazioni dell'acciaio al silicio laminato a freddo orientato. Rispetto all'acciaio laminato a freddo non orientato, la densità magnetica di lavoro è molto più alta. Allo stesso tempo, a differenza dei nuclei di ferro di tipo R, CD e EI, i materiali in acciaio al silicio possono essere completamente utilizzati, non ci saranno sprechi d'angolo e il tasso di utilizzo del materiale può raggiungere più di 98%. Negli ultimi anni, c'è stato un notevole miglioramento nell'acciaio al silicio orientato laminato a freddo. L'acciaio al silicio laminato a freddo orientato da 0,23 mm di produzione nazionale di 23Q110 ha una densità di flusso magnetico di lavoro di 1,7 T e 50 Hz e la perdita di peso unitario è di 1,10 Wkg. L'acciaio al silicio laminato a freddo orientato P1.750 dello spessore di 0,23 mm prodotto in Giappone è di 0,88 Wkg. Dopo che il trattamento superficiale del nastro di acciaio al silicio è rivestito con un rivestimento di tensione, P1.750 scende a 0,7 Wkg. Modificando il processo di ricottura per affinare i domini magnetici, P1.750 scende a 0,55～0,45 Wkg, che è molto inferiore all'acciaio al silicio laminato a freddo non orientato dello spessore di 0,35 mm con una densità magnetica di lavoro di 1,5 T e 50 Hz (P1. 550) di 2Wkg. A condizione di garantire la stessa perdita, la densità magnetica di lavoro dell'acciaio al silicio laminato a freddo orientato con spessore di 0,23 mm può raggiungere 1,85 T. Se viene selezionato per elaborare il nucleo toroidale, è 1,23 volte superiore alla densità magnetica di lavoro dell'acciaio al silicio laminato a freddo non orientato 1,5 T. La sezione e il volume del nucleo Può essere ridotto di oltre 23%. Al giorno d'oggi, i trasformatori di potenza a frequenza di alimentazione con nucleo in ferro di tipo EI sono ampiamente utilizzati negli adattatori di alimentazione dei caricabatterie dei telefoni cellulari e degli elettrodomestici e talvolta si verifica il surriscaldamento. Il nucleo EI è costituito da fogli fustellati a forma di EI. Un quinto della lunghezza del foglio punzonato a forma di E è ortogonale alla direzione longitudinale (direzione di orientamento). Per resistere al campo magnetico trasversale, viene generalmente utilizzato acciaio al silicio laminato a freddo non orientato. Negli ultimi anni, la società giapponese Kawasaki ha sviluppato acciaio al silicio laminato a freddo orientato alla serie RGE che può essere utilizzato per i nuclei EI. Lo spessore è 0,35 mm, la densità magnetica di saturazione longitudinale è 1,80～1,90 T, la densità magnetica di saturazione laterale è 1,825T e la perdita P1.750 è 1,10～ 1,25Wkg. Allo stesso tempo, il film isolante è relativamente sottile e le prestazioni di stampaggio sono buone. Usandolo per realizzare il nucleo di ferro, la densità magnetica di lavoro può essere superiore a 1,7 T, ovvero 15% superiore a quello dell'acciaio al silicio laminato a freddo non orientato. La sezione e il volume del nucleo possono essere ridotti di oltre 15% e la perdita è notevolmente ridotta. , Non ci sarà più surriscaldamento. La società giapponese Kawasaki ha anche sviluppato un acciaio laminato a freddo non orientato con un'elevata densità magnetica di saturazione. Lo spessore è 0,5 mm, il contenuto di silicio è inferiore a 1%, 0,6% e il contenuto di alluminio è 0,3%. Dopo aver aggiunto 0,52% nichel, la densità magnetica di saturazione è 1,96 T. , La perdita P1.550 è 3Wkg. Usandolo come materiale del nucleo EI, la densità magnetica di lavoro può anche essere 1,7 T, ma la perdita è relativamente grande. Vale la pena notare che: come una grande classe di trasformatori elettronici, l'uso di materiali del nucleo con un'elevata densità magnetica di lavoro può ridurre il numero di spire della bobina e ridurre la quantità di rame, invece di ridurre la sezione e il volume del nucleo. Nella situazione in cui il prezzo del materiale in rame è molto più alto di quello del materiale di base, potrebbe essere un piano di miglioramento del design migliore. 1.2 Ferriti morbide Le ferriti morbide sono materiali d'anima ampiamente utilizzati nei trasformatori elettronici negli alimentatori a media e alta frequenza. Rispetto ai materiali magnetici dolci metallici, le ferriti morbide hanno una bassa densità magnetica di saturazione, bassa permeabilità e temperatura di Curie. Basso è il suo principale punto debole. Specialmente quando la temperatura di Curie è bassa, la densità magnetica di saturazione Bs e la perdita di potenza per unità di volume Pcv cambieranno con la temperatura. La temperatura sale, Bs scende, Pcv inizia a scendere, per poi salire dopo aver raggiunto il punto di valle. Pertanto, in condizioni di alta temperatura, finché Bs mantiene un livello elevato, la densità magnetica di lavoro Bm può essere selezionata più alta, riducendo così il numero di spire della bobina, riducendo la quantità di rame utilizzata e il costo. Il materiale in ferrite morbida a densità magnetica ad alta temperatura e alta saturazione può anche espandere il limite di temperatura superiore dei trasformatori elettronici a 120 o addirittura 150 vantaggi. Ad esempio, i trasformatori elettronici ad alta frequenza nelle apparecchiature elettroniche automobilistiche devono utilizzare ferrite morbida ad alta temperatura e alta saturazione ad alta densità magnetica per funzionare in condizioni di alta temperatura con grandi cambiamenti nelle condizioni di temperatura esterna e calore nella sala macchine. Come ferrite morbida MnZn per trasformatori elettronici a media e alta frequenza, rappresentata dalla società TDK giapponese's, ha approssimativamente sperimentato il processo di sviluppo di PC30→PC40→PC44→PC50→PC47→PC95→PC90. Nelle condizioni di prova di 100℃, 100kHz e 200mT, la perdita di potenza per unità di volume continua a diminuire. Secondo i dati diffusi dall'azienda nell'aprile 2006, PC30 è 600mW/cm3; PC40 è 420 mW/cm3; PC44 è 340 mW/cm3; PC47 è 270 mW/cm3. Tuttavia, la densità del flusso di saturazione Bs sotto 100 benefici, PC30, PC40 e PC44 sono fondamentalmente 390 mT, PC47 è 410 mT, che è lontano dal valore teorico di 600 mT e non può essere considerato un flusso ad alta temperatura e alta saturazione materiale di densità Negli ultimi anni, al fine di competere con i materiali magnetici dolci metallici nell'applicazione di trasformatori elettronici, c'è stata un'ondata di sviluppo di materiali in ferrite MnZn ad alta temperatura e alta saturazione magnetica. La società FDK del Giappone's ha sviluppato la serie 4H di materiali a densità magnetica ad alta temperatura e alta saturazione nel marzo 2003. Tra questi, i B di 4H45 e 4H47 sono 520 mT e 530 mT a 25 , 450 mT e 470 mT a 100 ℃, ma a 100℃, la perdita di potenza Pcv è relativamente alta, rispettivamente 450 mW/cm3 e 650 mW/cm3. Secondo i rapporti, FDK ha sviluppato un materiale 4H50 in condizioni di laboratorio. Il Bs a 100°C è 490 mT, ma il Pcv è abbastanza grande a 800 mW/cm3. La società giapponese TDK ha sviluppato il materiale PC90 nel settembre 2004. A 25℃, Bs è 540 mT e Pcv è 680 mW/cm3; a 100 , Bs è 450 mT e Pcv è 320 mW/cm3, che è superiore al livello del materiale 4H45. La società TOKIN ha sviluppato il materiale BH3. A 25°C, il suo Bs è 540 mT e Pcv è 600 mW/cm3; a 100°C, Bs è 440 mT e Pcv è 370 mW/cm3. NICERA ha sviluppato il materiale BM30, con Bs di 540 mT e Pcv di 720 mW/cm3 a 25°C; a 100°C, Bs di 450mT e Pcv di 320mW/cm3. Il materiale in ferrite ad alto contenuto di ferro e zinco sviluppato da Hitachi Metals, Bs è 563 mT a 25 ; 560 mT a 100 ℃, sostanzialmente invariato, 150 ℃ è 490 mT, ma a 100 ℃, 100 kHz, Nella condizione di prova di 200 mT, il Pcv è 1700 mW/cm3, che è troppo alto e necessita di miglioramenti. Molte apparecchiature di alimentazione non solo richiedono che il trasformatore elettronico sia funzionante, ovvero la perdita dovrebbe essere piccola ad alta temperatura, ma anche nello stato di standby, cioè la perdita dovrebbe essere piccola a temperatura normale. Questi trasformatori elettronici possono utilizzare ferrite morbida con ampia temperatura e basso consumo energetico. Il PC95 sviluppato dal Giappone's TDK è un materiale di ferrite di alto livello e per alte temperature che è emerso negli ultimi anni. Il consumo energetico Pcv è di 350 mW/cm3 a 25°C, 280 mW/cm3 a 80°C, 290 mW/cm3 a 100°C, 350 mW/cm3 a 120°C e densità magnetica di saturazione di 410 mT a 100°C. Negli ultimi anni sono stati sviluppati una serie di materiali ad alta permeabilità μ in ferrite morbida. Sono utilizzati come trasformatori di impulsi nelle apparecchiature elettroniche di potenza. La permeabilità μ deve essere relativamente alta. C'è H5C3 da TDK, che ha un μ di 15 000 ± 30. %, H5C5, μ è 30 000±30%. Per EPCOS's T56, μ è 20000±30%. Per il filtraggio delle interferenze elettromagnetiche sono richieste buone caratteristiche di frequenza di permeabilità. TDK HS52, μ è 5 500 ± 25%; HS72, μ è 7 500 ± 25%; HS10, μ è 10000 ± 25%. MP15T di HITACHI ha un μ di 15000±25% e può funzionare sotto i 500kHz. Per il filtraggio DC sono richieste buone caratteristiche di sovrapposizione DC. TDK's DN45, μ è 4500±25%, la temperatura di esercizio è 0～70℃ e DNW45 migliorato, μ è 4 200±25%, la temperatura di esercizio è -40 ℃～+85 ℃, SK-202G di Kawasaki, temperatura di esercizio -40℃～+85℃, μ è 4300±25% e densità magnetica ad alta saturazione e materiali ad alta permeabilità, come DN50 di TDK, μ è 5 200±20% , Bs è 550 mT a 25℃, 380 mT a 100℃, temperatura di Curie Tc≥210℃. 1.3 Leghe amorfe e nanocristalline Dall'inizio del 2005, a causa dello squilibrio nell'offerta e nella domanda interna di nastri di acciaio al silicio laminati a freddo orientati, il prezzo dei nastri di acciaio al silicio laminato a freddo orientato è aumentato rapidamente e ora ha superato il prezzo di nastri in lega amorfa a base di ferro. Nelle attuali condizioni dei prezzi di mercato, la sostituzione dell'acciaio al silicio laminato a freddo orientato con leghe amorfe a base di ferro nel campo dei trasformatori di potenza a frequenza industriale non è più solo una cosa possibile, è diventata una realtà. Nel settore dei trasformatori di potenza, i produttori di trasformatori di distribuzione hanno spostato i materiali d'anima dall'acciaio al silicio laminato a freddo orientato alle leghe amorfe a base di ferro. Contestualmente, dal 1° luglio 2006, la norma nazionale cogenti"Valori Limitati di Efficienza Energetica e Valori di Valutazione del Risparmio Energetico per i Trasformatori di Distribuzione" è stato formalmente implementato, che ha ulteriormente promosso l'uso di leghe amorfe a base di ferro invece di acciaio al silicio laminato a freddo orientato nei trasformatori di distribuzione. impennata. Come i trasformatori di distribuzione, la sostituzione dell'acciaio al silicio laminato a freddo orientato con leghe amorfe a base di ferro nei trasformatori di potenza a frequenza industriale diventerà un importante nuovo sviluppo nei trasformatori elettronici negli alimentatori. perché? Il motivo può essere visto dal confronto degli indicatori tecnici ed economici dell'acciaio al silicio laminato a freddo orientato e della lega amorfa a base di ferro nella Tabella 1. L'acciaio al silicio laminato a freddo medio orientato nella Tabella 1 prende l'alta induzione magnetica 23R100 e magnetica trattamento del dominio 23R085 prodotto in Giappone come esempi, e la lega amorfa a base di ferro prende come esempi il 1K101 prodotto internamente e il Metglas 2605SA1 prodotto da Hitachi, come si può vedere nella Tabella 1. Le seguenti caratteristiche sono presentate. [align=center] Tabella 1 Confronto degli indicatori tecnici ed economici tra acciaio al silicio laminato a freddo orientato e leghe amorfe a base di ferro[/align] (1) La densità magnetica di saturazione Bs delle leghe amorfe a base di ferro è inferiore a quella del silicio acciaio, ma alla stessa densità magnetica di lavoro Bm (ad esempio, 1,4 T) la perdita inferiore è inferiore all'acciaio al silicio. La densità magnetica di lavoro Bm della lega amorfa a base di ferro è 1,40～1,45T per trasformatore monofase e 1,35～1,40T per trasformatore trifase. La densità magnetica di lavoro Bm dell'acciaio al silicio è 1,70 T per trasformatore monofase e 1,65 ～ 1,70 T per trasformatore trifase. Il peso della lega amorfa a base di ferro per trasformatore di frequenza di potenza della stessa capacità è di circa 120% di acciaio al silicio. (2) Il fattore di riempimento delle leghe amorfe a base di ferro è 0,85 per 1K101 di produzione nazionale e 0,{{356}},90 per Metglas 2605SA1 prodotto da Hitachi, e alcune hanno raggiunto 0,93. Se si confronta 0.{{363}} con 0,945 dell'acciaio al silicio, il volume del nucleo in lega amorfa a base di ferro dello stesso peso è di circa 110% di quella dell'acciaio al silicio. (3) La perdita di peso unitario della lega amorfa a base di ferro in condizioni di 1,4 T e 50 Hz è P1.450, che è solo 26,4% a 43% di acciaio al silicio, che può ridurre significativamente il riscaldamento del nucleo. Con la stessa perdita e le stesse condizioni di dissipazione del calore, i trasformatori di frequenza di potenza in lega amorfa a base di ferro possono ridurre la perdita di rame e ridurre i materiali in rame rispetto ai trasformatori di frequenza di potenza in acciaio al silicio. A condizione che il prezzo dei materiali in rame sia superiore a quello dei materiali in ferro, l'adozione di questo schema è una misura efficace per ridurre i costi. Vale la pena notare che la perdita per unità di peso P1.450 è testata con una tensione sinusoidale con una distorsione inferiore a 2%. La rete della frequenza di alimentazione effettiva è distorta a 5%. La perdita di peso unitario sotto questa distorsione è P1.450, l'acciaio al silicio è 123% P1.450 e la lega amorfa a base di ferro è 106% P1.450. In questo momento, P1.450 di lega amorfa a base di ferro è solo acciaio al silicio. 22.7%～37% del totale. (4) Il prezzo attuale dell'acciaio al silicio è stato preso dal prezzo di mercato dell'acciaio in una certa località del Guangdong a metà agosto 2006, e il prezzo attuale delle leghe amorfe a base di ferro importate è stato preso dalla giapponese Hitachi nel luglio 2006, citando US $ 2,85 per chilogrammo. Il tasso di cambio RMB è di 22,8 yuan kg, più le tariffe e l'imposta sul valore aggiunto è di 28 yuan kg. Il prezzo attuale delle leghe amorfe a base di ferro domestiche è una stima, che è leggermente diversa dal prezzo quotato dell'unità di produzione. (5) La temperatura di ricottura delle leghe amorfe a base di ferro è inferiore a quella dell'acciaio al silicio, con minor tempo e minor consumo di energia. Il costo di lavorazione aggiuntivo per la produzione di anime in ferro dovrebbe essere inferiore a quello dell'acciaio al silicio. I nastri in lega amorfa a base di ferro possono essere trasformati in nuclei toroidali avvolgenti, nuclei rettangolari sovrapposti e nuclei aperti a forma di C. Negli anni '90, il Giappone ha utilizzato diversi strati di strisce di lega amorfa a base di ferro legate per elaborare i nuclei EI, ma i costi di lavorazione aggiuntivi erano elevati e le perdite del nucleo aumentavano. Più tardi, non c'era nessun rapporto pertinente. Ora, lo spessore della lega amorfa sfusa in studio può raggiungere il livello millimetrico e centimetrico. Se viene messo in produzione, può essere trasformato in un nucleo EI come l'acciaio al silicio. Combinando i fattori di cui sopra, nell'anello e C